Introdução à Engenharia de Reações Químicas: Reatores Batelada, CSTR e PFR, Notas de estudo de Engenharia Química

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3. Projeto de Reatores Ideais

Isotérmicos

Capítulos 2, 3 e 4 – Fogler (4ª edição)

Capítulos 3 e 4 - Roberts

Reatores I

3. PROJETO DE REATORES IDEAIS ISOTÉRMICOS 3.1. Balanço molar 3.2. Reatores ideais 3.2.1. Reator Batelada 3.2.2. Reator CSTR 3.2.3. Reator PFR 3.2.4. Características gerais dos reatores ideais 3.2.5. Reator batelada a volume constante 3.2.6. Reação de 1ª ordem irreversível em um reator batelada 3.2.7. Reação de 1ª ordem reversível em um reator batelada 3.2.8. Reação de ordem n irreversível em um reator batelada

Exemplos

1. Após item 3.
2. Antes item 3.3.
3. Após exemplo 2
4. Antes item 1.
5. Após exemplo 4
6. Após exemplo 5
7. Antes item 3.
8. Após item 3.
9. Após exemplo 8 3.8. Operação de reatores em estado não-estacionário 3.8.1. Reator semibatelada 3.8.2. Partida de um CSTR 3.8.3. Destilação reativa

REATOR BATELADA

SISTEMA DE AGITAÇÃO

REATOR PFR

REATOR PBR (leito fixo)

REATORES DE HIDROTRATAMENTO (trifásico)

3.2.4. Características gerais dos reatores ideais

REATOR FASES PRESENTES OPERAÇÃO CUSTO CONVERSÃO

Batelada gás líquida líquida+sólido(catalisador) descontínua baixo alta (depende do tempo de residência) CSTR líquida gás + líquida líquida + sólido (nunca opera somente com gás) contínua médio baixa (por unidade de volume do reator) PFR essencialmente reações em fase gasosa contínua alto alta

REATOR

ESCALA DE

PRODUÇÃO

MANUTENÇÃO USO RECOMENDADO

Batelada pequena e média média

• obter produtos intermediários;
• obter quantidades pré- determinadas de produtos. CSTR média e alta média
• quando a agitação é requerida;
• utilização em série para diferentes concentrações de correntes. PFR média e alta fácil
• reações homogêneas ou heterogêneas a alta temperatura.

3.2.5. Reator batelada a volume constante

O balanço molar para um reator batelada, operando a volume

constante, pode ser escrito como:

Se o reator for isotérmico e poucos componentes estão

envolvidos, as leis de velocidade são simples, possibilitando soluções

analíticas para os balanços molares.

3.2.7. Reação de 1ª ordem reversível em um reator batelada

Para uma cinética de 1 ª ordem e reversível:

, com CA = CA0 quando t = 0

Da tabela estequiométrica sabe-se que:

Para um reator a volume constante: V = V

0

, logo:

Cuja solução da EDO fornece:

3.2.8. Reação de ordem “n” irreversível em um reator batelada

Para uma cinética de ordem “n” e irreversível:

, com CA = CA0 quando t = 0

Cuja solução da EDO fornece:

3.3.2. Equação de projeto para reator CSTR em termos da conversão

Balanço Molar: Conversão: Substituindo no Balanço Molar: Equação de Projeto para Reator CSTR em termos de Conversão Xj = Fj0 − Fj F (^) j Fj0 − Fj = Fj0 Xj Fj0 − Fj V = −rj V = Fj0 Xj − r (^) j F j F j Fj = Fj0 – Fj0*X

V+ΔV F j ΔV F j (^) V

3.3.3. Equação de projeto para reator PFR em termos da conversão

Balanço Molar: Conversão: Diferenciando: Substituindo no Balanço Molar: Integrando: Equação de Projeto para Reator PFR em termos de Conversão Xj = Fj0 − Fj F j dFj = −Fj0 dXj j dV dXj F = −r (^) j Xj V = Fj 0 ∫ 0 dX (^) j −rj dXj −Fj dV = rj dFj dV = r (^) j